Controllo della velocità della ventola CA tramite arduino e triac

AVVERTIMENTO!! Lo schema del circuito discusso in questo progetto è solo a scopo didattico. Tenere presente che lavorare con una tensione di rete di 220 V CA richiede estrema precauzione e devono essere seguite procedure di sicurezza. Non toccare i componenti o i fili quando il circuito è in funzione.

È facile accendere o spegnere qualsiasi elettrodomestico utilizzando un interruttore o utilizzando un meccanismo di controllo come abbiamo fatto in molti progetti di automazione domestica basati su Arduino. Ma ci sono molte applicazioni in cui è necessario controllare parzialmente l'alimentazione CA, ad esempio per controllare la velocità della ventola o l'intensità di una lampada. In questo caso, viene utilizzata la tecnica PWM, quindi qui impareremo come utilizzare il PWM generato da Arduino per controllare la velocità della ventola AC con Arduino.

In questo progetto, dimostreremo il controllo della velocità della ventola CA di Arduino utilizzando TRIAC. Qui il metodo di controllo della fase del segnale CA viene utilizzato per controllare la velocità della ventola CA, utilizzando i segnali PWM generati da Arduino. Nel tutorial precedente, abbiamo controllato la velocità della ventola CC utilizzando PWM.

Componenti richiesti

1. Arduino UNO
2. 4N25 (rilevatore di zero crossing)
3. Potenziometro 10k
4. MOC3021 0pto-accoppiatore
5. (0-9) V, 500 mA trasformatore stepdown
6. BT136 TRIAC
7. Ventilatore assiale AC 230 VAC
8. Cavi di collegamento
9. Resistenze

Funzionamento del controllo della ventola AC utilizzando Arduino

La lavorazione può essere suddivisa in quattro diverse parti. Sono i seguenti

1. Rilevatore di Zero-Crossing

2. Circuito di controllo dell'angolo di fase

3. Potenziometro per controllare la velocità della ventola

4. Circuito di generazione del segnale PWM

1. Rilevatore di Zero-Crossing

L'alimentazione CA che otteniamo nella nostra famiglia è 220 V CA RMS, 50 HZ. Questo segnale CA è di natura alternata e cambia periodicamente la sua polarità. Nella prima metà di ogni ciclo scorre in una direzione raggiungendo una tensione di picco e poi diminuisce fino a zero. Quindi, nel successivo semiciclo, scorre in direzione alternata (negativa) fino a una tensione di picco e quindi torna a zero. Per controllare la velocità della ventola CA, la tensione di picco di entrambi i semicicli deve essere tagliata o controllata. Per questo, dobbiamo rilevare il punto zero da cui il segnale deve essere controllato / tagliato. Questo punto sulla curva di tensione in cui la tensione cambia la direzione è chiamato incrocio di tensione zero.

Il circuito mostrato di seguito è il circuito del rivelatore di passaggio per lo zero che viene utilizzato per ottenere il punto di passaggio per lo zero. Innanzitutto, la tensione di 220 V CA viene ridotta a 9 V CA utilizzando un trasformatore step-down e viene quindi alimentata a un fotoaccoppiatore 4N25 ai suoi pin 1 e 2. 4N25 fotoaccoppiatore ha un LED integrato con pin 1 come anodo e pin 2 come un catodo. Quindi, come per il circuito seguente, quando l'onda CA si avvicina al punto di passaggio per lo zero, il LED integrato di 4N25 si spegne e, di conseguenza, anche il transistor di uscita di 4N25 si spegne e il pin dell'impulso di uscita lo farà ottenere tirato fino a 5V. Allo stesso modo, quando il segnale aumenta gradualmente fino al piccopunto, quindi il LED si accende e anche il transistor si accende con il pin di terra collegato al pin di uscita, il che rende questo pin 0V. Utilizzando questo impulso, il punto di passaggio per lo zero può essere rilevato utilizzando Arduino.

2. Circuito di controllo dell'angolo di fase

Dopo aver rilevato il punto di zero crossing, ora dobbiamo controllare la quantità di temporizzazione per la quale l'alimentazione sarà ON e OFF. Questo segnale PWM deciderà la quantità di tensione in uscita al motore CA, che a sua volta ne controlla la velocità. Qui viene utilizzato un TRIAC BT136, che controlla la tensione CA in quanto è un interruttore elettronico di alimentazione per il controllo di un segnale di tensione CA.

TRIAC è un interruttore CA a tre terminali che può essere attivato da un segnale a bassa energia sul suo terminale di gate. Negli SCR, conduce in una sola direzione, ma nel caso del TRIAC, la potenza può essere controllata in entrambe le direzioni. Per saperne di più su TRIAC e SCR, segui i nostri articoli precedenti.

Come mostrato nella figura sopra, il TRIAC viene attivato con un angolo di accensione di 90 gradi applicando un piccolo segnale di impulso di gate ad esso. Il tempo "t1" è il tempo di ritardo che è dato secondo il requisito di dimmerazione. Ad esempio, in questo caso, l'angolo di accensione è del 90 percento, quindi anche la potenza verrà dimezzata e quindi anche la lampada si illuminerà con metà intensità.

Sappiamo che la frequenza del segnale AC è di 50 Hz qui. Quindi il periodo di tempo sarà 1 / f, ovvero 20 ms. Per mezzo ciclo, questo sarà di 10 ms o 10.000 microsecondi. Quindi, per controllare la potenza di una lampada AC, la gamma di "t1" può essere variata da 0-10000 microsecondi.

Fotoaccoppiatore:

Optocoupler è anche conosciuto come Optoisolator. Viene utilizzato per mantenere l'isolamento tra due circuiti elettrici come i segnali CC e CA. Fondamentalmente è costituito da un LED che emette luce infrarossa e dal fotosensore che la rileva. Qui un fotoaccoppiatore MOC3021 viene utilizzato per controllare la ventola CA dai segnali del microcontrollore che è un segnale CC.

Schema di collegamento TRIAC e Optoaccoppiatore:

3. Potenziometro per controllare la velocità della ventola

Qui un potenziometro viene utilizzato per variare la velocità della ventola CA. Sappiamo che un potenziometro è un dispositivo a 3 terminali che funge da partitore di tensione e fornisce un'uscita di tensione variabile. Questa tensione di uscita analogica variabile viene fornita al terminale di ingresso analogico di Arduino per impostare il valore di velocità della ventola CA.

4. Unità di generazione del segnale PWM

Nella fase finale, viene fornito un impulso PWM al TRIAC in base ai requisiti di velocità, che a sua volta varia la temporizzazione ON / OFF del segnale CA e fornisce un'uscita variabile per controllare la velocità della ventola. Qui Arduino viene utilizzato per generare l'impulso PWM, che prende l'input dal potenziometro e fornisce l'uscita del segnale PWM al TRIAC e al circuito fotoaccoppiatore che guida ulteriormente la ventola CA alla velocità desiderata. Scopri di più sulla generazione di PWM utilizzando Arduino qui.

Schema elettrico

Di seguito è riportato lo schema del circuito per questo circuito di controllo della velocità della ventola 230 V basato su Arduino:

Nota: ho mostrato il circuito completo su una breadboard solo a scopo di comprensione. Non dovresti usare l'alimentazione 220V AC direttamente sulla tua breadboard, ho usato una scheda tratteggiata per fare i collegamenti come puoi vedere nell'immagine qui sotto

Programmazione di Arduino per il controllo della velocità della ventola CA.

Dopo la connessione hardware, dobbiamo scrivere il codice per Arduino, che genererà un segnale PWM per controllare la temporizzazione ON / OFF del segnale AC utilizzando un ingresso potenziometro. In precedenza abbiamo utilizzato le tecniche PWM in molti progetti.

Il codice completo di questo progetto di controllo della velocità della ventola CA di Arduino è fornito in fondo a questo progetto. Di seguito viene fornita la spiegazione graduale del codice.

Nel primo passaggio, dichiara tutte le variabili richieste, che verranno utilizzate in tutto il codice. Qui il BT136 TRIAC è collegato al pin 6 di Arduino. E la variabile speed_val viene dichiarata per memorizzare il valore di speed step.

int TRIAC = 6; int speed_val = 0;

Quindi, all'interno della funzione di configurazione , dichiarare il pin TRIAC come output poiché l'uscita PWM verrà generata attraverso questo pin. Quindi, configurare un interrupt per rilevare lo zero-crossing. Qui abbiamo utilizzato una funzione chiamata attachInterrupt, che configurerà il Pin 3 digitale di Arduino come interrupt esterno e chiamerà la funzione denominata zero_crossing quando rileva eventuali interrupt al suo pin.

void setup () {pinMode (LAMP, OUTPUT); attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (3), zero_crossing, CHANGE); }

All'interno del loop infinito, leggere il valore analogico dal potenziometro che è collegato a A0 e mapparlo su un intervallo di valori di (10-49).

Per scoprire questo intervallo dobbiamo fare un piccolo calcolo. In precedenza è stato detto che ogni mezzo ciclo è equivalente a 10.000 microsecondi. Quindi qui il dimming sarà controllato in 50 passi che è un valore arbitrario e può essere modificato. Qui i passi minimi sono presi come 10, non zero perché i passi 0-9 danno approssimativamente la stessa potenza di uscita e i passi massimi sono presi come 49 dato che praticamente non è raccomandato prendere il limite superiore (che è 50 in questo caso).

Quindi ogni tempo di passaggio può essere calcolato come 10000/50 = 200 microsecondi. Questo verrà utilizzato nella parte successiva del codice.

void loop () {int pot = analogRead (A0); int data1 = map (pot, 0, 1023,10,49); speed_val = data1; }

Nella fase finale, configurare la funzione zero_crossing basata sugli interrupt. Qui il tempo di dimmerazione può essere calcolato moltiplicando il tempo del singolo passo con n. di passaggi. Quindi, dopo questo tempo di ritardo, il TRIAC può essere attivato utilizzando un piccolo impulso alto di 10 microsecondi che è sufficiente per attivare un TRIAC.

void zero_crossing () {int chop_time = (200 * speed_val); delayMicroseconds (chop_time); digitalWrite (TRIAC, HIGH); delayMicroseconds (10); digitalWrite (TRIAC, LOW); }

Di seguito è riportato il codice completo insieme a un video funzionante per questo controllo della ventola CA utilizzando Arduino e PWM.